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Digitalisierung in der Industrie: Das Kommunikationsnetz als Nervenbahn der Produktion

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Bremen beteiligen sich an einem bundesweiten Projekt zur Erforschung von Kommunikationstechnologien für das taktile Internet. Sie kommen in der Produktion, Robotik und Digitalisierung der Industrie 4.0 zum Einsatz. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben "Tacnet 4.0 – Taktiles Internet" mit insgesamt rund 6,3 Millionen Euro. Nach Bremen gehen davon rund 660.000 Euro. Die Leitung haben das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und Nokia Bell Labs.

In der Industrie 4.0 sollen Menschen, Roboter und Maschinen künftig eng miteinander kooperieren. Allerdings ist die dafür notwendige Vernetzung aller Akteure und Systeme mit heutigen Kommunikationstechnologien noch nicht in der erforderlichen Qualität umsetzbar. Das Forschungsprojekt Tacnet entwickelt Konzepte und Algorithmen, um eine schnelle und zuverlässige Funkübertragung von Daten auf Basis der fünften Mobilfunkgeneration (5G) zu ermöglichen. Unter Leitung von Professor Armin Dekorsy vom Technologie-Zentrum Informatik und Informationstechnik (TZI) der Universität Bremen erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Methoden und Verfahren des maschinellen Lernens zur Informationsverarbeitung in Kommunikationsnetzen.

Dreiklang aus Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Volumen


An Tacnet beteiligen sich insgesamt 14 Unternehmen und Organisationen. Gemeinsam wollen sie ein Kommunikationssystem entwerfen, das die spezifischen industriellen Anforderungen an die "Echtzeit" erfüllt –  also an die Datenübermittlung mit kaum messbarem Zeitverzug. Nur so ist es beispielsweise nutzbar für zukünftige Regelungsprozesse in der Produktion oder für die direkte Einbindung des Menschen in den Produktionsprozess – im Sinne eines "taktilen Internet", das ähnlich schnell reagiert wie die menschlichen Nervenbahnen. Parallel dazu muss jedoch auch die Zuverlässigkeit der Übertragung gewährleistet sein, um industrielle Prozesse sicher gestalten zu können. Nicht zuletzt geht es auch darum, die Datenmengen, die gleichzeitig verarbeitet werden müssen, auf ein minimal erforderliches Datenvolumen zu begrenzen.

Bis jetzt ist es noch nicht möglich, den Dreiklang aus Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Volumen auf einem extrem hohen Niveau sicherzustellen. Das Projektkonsortium arbeitet deshalb daran, die Mobilfunknetze der fünften Generation in die industriellen Kommunikationsnetze zu integrieren und weiterzuentwickeln.

Dichte Netzwerke mit flexibel nutzbaren Zugangsknoten

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler koordinieren im Rahmen von Tacnet die beteiligten Projektpartner im Bereich der 5G-Funktechnologien und betrachten selbst insbesondere die Informationsverarbeitung in einem dichten Kommunikationsnetz, bestehend aus vielen kleinen, energieeffizienten Zugangsknoten ("Small-Cell-Netze"). "Im Gegensatz zu einem einzelnen Zugangspunkt mit hohem Energieverbrauch bietet dieses dichte Netz den Vorteil, dass die Zugangsknoten deutlich näher am Ort der Produktion – und damit in Summe energieeffizienter – installiert werden können", erklärt Projektmitarbeiter Dirk Wübben. "Zudem besitzt jeder der Sensoren hier Verbindungen zu verschiedenen Zugangsknoten und damit mehrere Verbindungen in das Netz. An der Herausforderung, dieses massive Datenaufkommen derart zu verarbeiten, dass die erforderliche hohe Zuverlässigkeit und gleichzeitige schnelle Vernetzung erfolgt, setzen unsere Arbeiten an der Uni Bremen an."

"Mittels neuartiger Verfahren des maschinellen Lernens sollen diese Verbindungen effizient zusammengeführt und im Netz verteilt bearbeitet werden", ergänzt Projektmitarbeiter Dr. Carsten Bockelmann. Das TZI entwickelt Technologien, die den Zugangsknoten eine Einschätzung der Relevanz eines Datenpakets ermöglichen, damit nur die tatsächlich benötigten Informationen übermittelt werden.

Die entwickelten Technologien werden im Rahmen des dreijährigen Projekts gemeinsam mit Industriepartnern in verschiedenen Szenarien getestet. Unter anderem ist geplant, mobile Roboter einzusetzen, um gemeinsam eine Aufgabe zu lösen, beispielsweise den Transport von schwerem Gerät.

Weitere Informationen:
www.tacnet40.de

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